提升特殊场景图像质量的视频处理关键技术研究

摘要

现实生活中存在着各种各样的因素影响着视频采集系统的成像质量，在一些特殊场景下，如雾天等恶劣天气条件、背光或夜晚光照条件不足等，常常会使获得的图像受到严重的退化，使得图像的质量下降、模糊不清、对比度偏低、颜色失真等。这样就会大大降低图像的应用价值，直接影响了户外成像系统的使用。因此，有效地提升特殊场景下视频图像的质量具有重要的意义。本文详细分析了特殊场景图像的降质机理，对特殊场景图像处理的基础理论和关键技术进行了深入的研究，对已有的处理方法进行完善和改进，具体的研究内容如下：
　　1、深入研究了大气散射模型及基于暗原色先验理论的图像去雾方法，分析该方法的不足之处，提出了一种改进的暗原色先验快速去雾方法。从算法复杂度及适用场景等方面进行了改进。实验结果表明，改进的暗原色先验快速去雾方法，显著地改善了雾天图像的质量，不仅提高了算法的处理速度还在一定程度上扩展了原有暗原色先验方法的适用范围。
　　2、为满足工程中实时性的要求，提出了一种快速实时去雾方法。深入分析了导致暗原色先验算法耗时的本质原因，重新估计图像透射率，显著降低了算法的复杂度，实验结果证明，该方法不仅获得了很好的效果，同时还能满足工程中的实时要求。
　　3、针对宽动态范围图像，提出了一种基于图像融合的处理方法，先对原图利用不同处理方法产生多幅不同图像，然后采用了金字塔模型对它们进行图像融合，避免了获得同一场景多幅图像的困难。实验结果表明，该算法可获得近似多幅图像融合的效果。
　　4、通过统计分析反转后宽动态范围图像与雾天图像的特性，提出了一种基于图像去雾法的宽动态范围图像快速增强算法，先对宽动态范围图像进行反转处理，然后将优化后基于暗原色先验理论的去雾算法用于反转后的图像。实验结果表明，该算法可有效地改善宽动态范围图像的视觉效果，且算法的处理速度很快，能够满足实时应用的要求。
　　5、从算法的有效性及应用性出发，结合对比度、信息熵以及无参考图像质量评价等图像客观质量评价方法，对实验结果进行了定量分析。从主观效果、算法处理时间以及客观质量评价等方面对实验结果进行了系统的分析和对比。
　　6、构建一个特殊场景图像及视频处理的实验软件系统，实现了雾天视频图像的增强处理、宽动态范围视频图像的增强处理、参数调整及处理结果的保存等多项功能。

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要工作及结构安排

第二章 特殊场景视频处理基础

2.1 特殊场景视频图像降质分析

2.2 图像客观评价标准

2.3 本章小结

第三章 雾天视频图像的清晰化处理

3.1 基于暗原色先验的单幅图像去雾方法

3.2 改进的暗原色先验图像快速去雾方法

3.3 基于物理模型的快速实时去雾方法

3.4 实验结果与分析

3.5 本章小结

第四章 宽动态范围视频图像的增强处理

4.1 基于图像融合的图像增强算法

4.2 基于图像去雾法的宽动态范围图像快速增强算法

4.3 实验结果与分析

4.4 本章小结

第五章 特殊场景视频处理的实验系统

5.1 系统主要功能

5.2 系统功能演示

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文工作总结

6.2 工作展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

致谢